Как выбрать подшипник

Сегодня доступно множество различных типов подшипников, но информации о различиях между ними очень мало.Возможно, вы задавались вопросом: «Какой подшипник лучше всего подойдет для вашего применения?»Или «как выбрать подшипник?»Эта статья поможет вам ответить на эти вопросы.
Прежде всего, необходимо знать, что большинство подшипников с телом качения делятся на две большие группы:

Шарикоподшипники
Роликовые подшипники
Внутри этих групп существуют подкатегории подшипников с уникальными характеристиками или оптимизированной конструкцией для повышения производительности.
В этой статье мы рассмотрим четыре вещи, которые вам нужно знать о вашем приложении, чтобы выбрать правильный тип подшипника.

Найдите нагрузку на подшипник и грузоподъемность
Подшипниковые нагрузки обычно определяются как сила реакции, которую компонент оказывает на подшипник во время использования.
При выборе подходящего подшипника для вашего применения сначала следует определить грузоподъемность подшипника.Грузоподъемность — это величина нагрузки, которую может выдержать подшипник, и это один из наиболее важных факторов при выборе подшипника.
Нагрузки на подшипники могут быть осевыми (упорными), радиальными или комбинированными.
Осевая (или упорная) нагрузка на подшипник – это когда сила параллельна оси вала.
Радиальная нагрузка на подшипник – это когда сила перпендикулярна валу.Тогда комбинированная нагрузка на подшипник – это когда параллельные и перпендикулярные силы создают угловую силу относительно вала.

Как шарикоподшипники распределяют нагрузки
Шарикоподшипники имеют сферические шарики и могут распределять нагрузки по площади поверхности среднего размера.Они, как правило, лучше работают с нагрузками малого и среднего размера, распределяя нагрузку через одну точку контакта.
Ниже приведен краткий справочник по типу нагрузки на подшипник и выбору лучшего шарикоподшипника для данной работы:
Радиальные (перпендикулярно валу) и легкие нагрузки: выбирайте радиальные шарикоподшипники (также известные как радиальные шарикоподшипники).Радиальные подшипники являются одними из наиболее распространенных типов подшипников на рынке.
Осевые (упорные) (параллельные валу) нагрузки: выбирайте упорные шарикоподшипники.
Комбинированные, как радиальные, так и осевые нагрузки: выбирайте радиально-упорный подшипник.Шарики соприкасаются с дорожкой качения под углом, который лучше выдерживает комбинированные нагрузки.
Роликовые подшипники и нагрузка на подшипники
Роликоподшипники имеют цилиндрические ролики, которые могут распределять нагрузки по большей площади поверхности, чем шарикоподшипники.Они, как правило, лучше работают при тяжелых нагрузках.

Ниже приведен краткий справочник по типу нагрузки на подшипник и выбору лучшего роликового подшипника для данной работы:
Радиальные (перпендикулярные валу) нагрузки: выбирайте стандартные цилиндрические роликоподшипники.
Осевые (упорные) (параллельные валу) нагрузки: выбирайте цилиндрические упорные подшипники.
Комбинированные, как радиальные, так и осевые нагрузки: выбирайте конический роликоподшипник.
Скорость вращения
Скорость вращения вашего оборудования — следующий фактор, на который следует обратить внимание при выборе подшипника.
Если ваше оборудование будет работать на высоких скоростях вращения, то шарикоподшипники обычно являются предпочтительным выбором.Они работают лучше на более высоких скоростях и обеспечивают более широкий диапазон скоростей, чем роликовые подшипники.
Одна из причин заключается в том, что контакт между телом качения и дорожками качения в шарикоподшипнике представляет собой точку, а не линию контакта, как в роликовых подшипниках.Поскольку тела качения прижимаются к дорожке качения при качении по поверхности, при точечных нагрузках шарикоподшипников возникает гораздо меньшая поверхностная деформация.

Центробежная сила и подшипники
Еще одна причина, по которой шарикоподшипники лучше подходят для высокоскоростных применений, — это центробежные силы.Центробежная сила определяется как сила, которая действует наружу на тело, движущееся вокруг центра, и возникает из-за инерции тела.
Центробежная сила является основным фактором, ограничивающим скорость подшипника, поскольку она превращается в радиальные и осевые нагрузки на подшипник.Поскольку роликоподшипники имеют большую массу, чем шарикоподшипник, роликоподшипник будет создавать более высокую центробежную силу, чем шарикоподшипник того же размера.

Уменьшите центробежную силу с помощью керамических шариков
Иногда скорость приложения превышает номинальную скорость шарикоподшипника.
Если это произойдет, простым и распространенным решением будет замена материала шарикоподшипника со стали на керамику.При этом размер подшипника остается прежним, но номинальная скорость увеличивается примерно на 25%.Поскольку керамический материал легче стали, керамические шарики создают меньшую центробежную силу при любой заданной скорости.

Высокоскоростные применения лучше всего работают с радиально-упорными подшипниками
Радиально-упорные подшипники являются лучшим выбором для высокоскоростных применений.Одна из причин заключается в том, что шарики меньше по размеру, а меньшие шарики весят меньше и создают меньшую центробежную силу при вращении.Радиально-упорные подшипники также имеют встроенную предварительную нагрузку на подшипники, которая работает за счет центробежных сил и обеспечивает правильное перекатывание шариков в подшипнике.
Если вы разрабатываете высокоскоростное оборудование, вам понадобится высокоточный подшипник, обычно класса точности ABEC 7.
Подшипник более низкой точности имеет больше пространства для маневра при изготовлении, чем подшипник высокой точности.Поэтому, когда подшипник используется на высоких скоростях, шарики быстро катятся по дорожке качения подшипника с меньшей надежностью, что может привести к выходу подшипника из строя.
Высокоточные подшипники производятся по строгим стандартам и при производстве практически не имеют отклонений от спецификаций.Высокоточные подшипники надежны для быстродействующих применений, поскольку они обеспечивают хорошее взаимодействие шарика и дорожки качения.

Биение и жесткость подшипника
Биение подшипника — это расстояние, на которое вал вращается вокруг своего геометрического центра при вращении.В некоторых приложениях, например в шпинделях режущих инструментов, на вращающихся компонентах допускается лишь небольшое отклонение.
Если вы разрабатываете подобное приложение, выберите высокоточный подшипник, поскольку он будет вызывать меньшие биения системы из-за жестких допусков, с учетом которых был изготовлен подшипник.
Жесткость подшипника — это сопротивление силе, которая заставляет вал отклоняться от своей оси, и играет ключевую роль в минимизации биения вала.Жесткость подшипника обусловлена ​​взаимодействием тела качения с дорожкой качения.Чем сильнее тело качения прижимается к дорожке качения, вызывая упругую деформацию, тем выше жесткость.

Жесткость подшипников обычно классифицируют по:
Осевая жесткость
Радиальная жесткость
Чем выше жесткость подшипника, тем больше силы требуется для перемещения вала во время использования.
Давайте посмотрим, как это работает с прецизионными радиально-упорными подшипниками.Эти подшипники обычно имеют заводское смещение между внутренней и внешней дорожками качения.При установке радиально-упорных подшипников смещение устраняется, в результате чего шарики прижимаются к дорожке качения без какой-либо внешней силы.Это называется предварительной нагрузкой, и этот процесс увеличивает жесткость подшипника еще до того, как на него будут воздействовать какие-либо силы.

Смазка подшипников
Знание потребностей в смазке подшипников важно для выбора правильных подшипников и должно учитываться на ранних стадиях проектирования.Неправильная смазка является одной из наиболее частых причин выхода из строя подшипников.
Смазка создает масляную пленку между телом качения и дорожкой качения подшипника, которая помогает предотвратить трение и перегрев.
Наиболее распространенным типом смазки является смазка, состоящая из масла с загустителем.Загуститель удерживает масло на месте, поэтому оно не покидает подшипник.Когда шарик (шарикоподшипник) или ролик (роликоподшипник) катится по смазке, загуститель отделяется, оставляя только масляную пленку между телом качения и дорожкой качения подшипника.После прохождения тела качения масло и загуститель снова соединяются.
Для высокоскоростных применений важно знать скорость, с которой масло и загуститель могут разделиться и снова соединиться.Это называется приложением или значением подшипника n*dm.
Прежде чем выбрать смазку, вам необходимо определить значение ndm для вашего применения.Для этого умножьте число оборотов вашего приложения на диаметр центра шариков подшипника (дм).Сравните значение ndm со значением максимальной скорости смазки, указанным в таблице данных.
Если значение n*dm превышает значение максимальной скорости смазки, указанное в таблице технических данных, смазка не сможет обеспечить достаточную смазку, и произойдет преждевременный выход из строя.
Еще одним вариантом смазки для высокоскоростных применений являются системы масляного тумана, которые смешивают масло со сжатым воздухом, а затем через определенные промежутки времени впрыскивают его в дорожку качения подшипника.Этот вариант более дорогостоящий, чем смазка консистентной смазкой, поскольку для него требуется внешняя система смешивания и дозирования, а также фильтрованный сжатый воздух.Однако системы масляного тумана позволяют подшипникам работать на более высоких скоростях, выделяя меньше тепла, чем подшипники со смазкой.
Для применений с низкой скоростью обычно используется масляная ванна.Масляная ванна – это когда часть подшипника погружена в масло.Для подшипников, которые будут работать в экстремальных условиях, вместо смазки на нефтяной основе можно использовать сухую смазку, но срок службы подшипника обычно сокращается из-за характера разрушения пленки смазки с течением времени.Есть еще несколько факторов, которые необходимо учитывать при выборе смазки для вашего применения. См. нашу подробную статью «Все, что вам нужно знать о смазке подшипников».

Резюме: Как выбрать подшипник
Как правильно выбрать подшипник для вашего применения:

Найдите нагрузку на подшипник и грузоподъемность
Во-первых, узнайте тип и величину нагрузки, которую ваше приложение будет оказывать на подшипник.Грузы малого и среднего размера обычно лучше всего работают с шарикоподшипниками.Приложения с тяжелыми нагрузками обычно лучше всего работают с роликовыми подшипниками.

Узнайте скорость вращения вашего приложения
Определите скорость вращения вашего приложения.Высокие скорости (об/мин) обычно лучше всего работают с шарикоподшипниками, а более низкие скорости обычно лучше всего работают с роликовыми подшипниками.

Фактор биения и жесткости подшипников
Вы также хотите определить, какой тип биения допускает ваше приложение.Если приложение допускает лишь небольшие отклонения, то шарикоподшипник, скорее всего, будет вашим лучшим выбором.

Найдите подходящую смазку для ваших подшипников
Для высокоскоростных применений рассчитайте значение n*dm, и если оно выше максимальной скорости смазки, то смазка не сможет обеспечить достаточную смазку.Есть и другие варианты, например, масляное туманообразование.Для низкоскоростных применений хорошим выбором будет масляная ванна.
Вопросы?Наши инженеры на месте будут рады пообщаться с вами и помочь вам выбрать лучший подшипник для вашего применения.